工业自动化及机器人展览会

5G技术助力智能工厂(工业机器人自动化)发展

众所周知, 制造业在国家层面乃至整个人类社会扮演着至关重要的角色, 智能制造(工业机器人自动化)已然成为全球化课题和国家级战略课题, 很多国家都在智能制造领域进行了规划和部署, 如中国“中国制造2025”、德国“工业4.0平台”、美国“工业互联网计划”等。

广义上智能制造是具有信息感知获取、智能判断决策、自动执行等功能的先进制造过程及系统与模式的总称。具体来看智能制造体现在制造过程的各个环节与信息技术的融合, 如大数据、云计算、人工智能、物联等技术。简而言之, 智能制造具有以下特征:以智慧工厂为载体, 以关键制造环节的智能化为核心, 以端到端数据流为基础, 以通信网络为基础支撑。通过自组织的柔性制造系统, 实现高效的个性化生产的目标。在智能制造的沟通中, 信息通信系统升级是智能制造中很重要的一环, 5G在智慧工厂多样化需求方面有着绝对的优势。

显而易见, 智能制造过程中云平台和工厂生产设施的实时通信、以及海量传感器和人工智能平台的信息交互, 和人机界面的高效交互, 对通信网络有多样化的需求以及极为苛刻的性能要求, 并且需要引入高可靠的无线通信技术, 而目前正在风靡全球的5G通信技术, 正好能够满足智慧工厂的高速率高可靠性通信需求。

高可靠无线通信技术在工厂的应用来看, 一方面, 生产制造设备无线化使得工厂模块化生产和柔性制造成为可能。另一方面, 因为无线网络可以使工厂和生产线的建设、改造施工更加便捷, 并且通过无线化可减少大量的维护工作降低成本。

在智能制造自动化控制系统中, 低时延的应用尤为广泛, 比如对环境敏感高精度的生产制造环节、化学危险品生产环节等。智能制造闭环控制系统中传感器 (如压力、温度等) 获取到的信息需要通过极低时延的网络进行传递, 最终数据需要传递到系统的执行器件 (如:机械臂、电子阀门、加热器等) 完成高精度生产作业的控制, 并且在整个过程需要网络极高可靠性, 来确保生产过程的安全高效。

此外, 工厂中自动化控制系统和传感系统的工作范围可以是或者几百平方公里到几万平方公里, 甚至可能是分布式部署。根据生产场景的不同, 制造工厂的生产区域内可能有数以万计传感器和执行器, 需要通信网络的海量连接能力作为支撑。

和传统的移动通信技术相比, 5G将进一步提升用户体验:在容量方面, 5G通信技术将比4G实现单位面积移动数据流量增长1000倍;在传输速率方面, 单用户典型数据速率提升10到100倍, 峰值传输速率可达10Gbps (相当于4G网络速率的100倍) ;端到端时延缩短5倍;在可接入性方面:可联网设备的数量增加10到100倍;在可靠性和能耗方面:每比特能源消耗应降至千分之一, 低功率电池续航时间增加10倍。

5G使能工业AR应用

在未来智慧工厂生产过程中, 人将发挥更重要的作用。然而由于智慧工厂具有高度的灵活性和多功能性, 这将对工厂车间工作人员有更高的要求。为快速满足新任务和生产活动的需求, 增强现实AR将发挥很关键作用, 在智能制造过程中可用于如下场景:如监控流程和生产流程。生产任务分步指引, 例如手动装配过程指导;远程专家业务支撑, 例如远程维护。

在这些应用中, 辅助AR设施需要最大程度具备灵活性和轻便性, 以便维护工作高效开展。因此需要将设备信息处理功能上移到云端, AR设备仅仅具备连接和显示的功能, AR设备和云端通过无线网络连接。AR设备将通过网络实时获取必要的信息 (例如, 生产环境数据、生产设备数据、以及故障处理指导信息) 。

在这种场景下AR眼镜的显示内容必须与AR设备中摄像头的运动同步, 以避免视觉范围失步现象。通常从视觉移动到AR图像反应时间低于20ms, 则会有较好的同步性, 所以要求从摄像头传送数据到云端到AR显示内容的云端回传需要小于20mms, 除去屏幕刷新和云端处理的时延, 则需无线网络的双向传输时延在10ms内才能满足实时性体验的需求。而该时延要求, LTE网络无法满足。

5G使能工厂自动化控制